معرفة أساسية بالتنمية البشرية واستخدام موارد الطاقة الكهرومائية

1- موارد الطاقة المائية
يعود تاريخ تطور الإنسان واستخدامه لموارد الطاقة الكهرومائية إلى العصور القديمة. ووفقًا لتفسير قانون الطاقة المتجددة لجمهورية الصين الشعبية (الذي حررته اللجنة العاملة للقانون التابعة للجنة الدائمة للمجلس الوطني لنواب الشعب)، فإن تعريف الطاقة المائية هو: أن حرارة الرياح والشمس تتسبب في تبخر الماء، ويتشكل بخار الماء على هيئة مطر وثلج، ويتشكل من تساقط المطر والثلج الأنهار والجداول، وينتج عن تدفق الماء طاقة، وهذا ما يسمى بالطاقة المائية.
يُعدّ تطوير واستخدام موارد الطاقة الكهرومائية المضمون الرئيسي لتطوير واستخدام هذه الموارد في العصر الحديث، ولذلك يُستخدم مصطلح "موارد الطاقة المائية" و"موارد الطاقة الهيدروليكية" و"موارد الطاقة الكهرومائية" عادةً كمرادفات. إلا أن موارد الطاقة الكهرومائية في الواقع تشمل نطاقًا واسعًا من الموارد، مثل موارد الطاقة الحرارية المائية، وموارد الطاقة الكهرومائية، وموارد الطاقة الكهرومائية، وموارد الطاقة الكهرومائية، وموارد الطاقة الكهرومائية من مياه البحر.

(1) موارد المياه والطاقة الحرارية
تُعرف موارد المياه والطاقة الحرارية عادةً باسم الينابيع الساخنة الطبيعية. في العصور القديمة، بدأ الناس في استغلال موارد المياه والحرارة في هذه الينابيع مباشرةً لبناء الحمامات والاستحمام وعلاج الأمراض وممارسة الرياضة. كما يستخدم الناس في العصر الحديث موارد المياه والطاقة الحرارية لتوليد الطاقة والتدفئة. فعلى سبيل المثال، بلغ إنتاج الطاقة الكهرومائية في أيسلندا 7.08 مليار كيلوواط ساعة في عام 2003، منها 1.41 مليار كيلوواط ساعة مُولّدة باستخدام الطاقة الحرارية الأرضية (أي موارد الطاقة الحرارية المائية). وقد استخدم 86% من سكان البلاد الطاقة الحرارية الأرضية (موارد الطاقة الحرارية المائية) للتدفئة. كما تم بناء محطة يانغباجينغ لتوليد الطاقة في شيزانغ، بقدرة مركبة تبلغ 25000 كيلوواط، والتي تستخدم أيضاً الطاقة الحرارية الأرضية (موارد الطاقة المائية والحرارية) لتوليد الكهرباء. ووفقاً لتوقعات الخبراء، يمكن أن تصل الطاقة الحرارية منخفضة الحرارة (باستخدام المياه الجوفية كوسيط) التي يمكن جمعها من التربة على عمق 100 متر تقريباً في الصين سنوياً إلى 150 مليار كيلوواط. تبلغ القدرة المركبة لتوليد الطاقة الحرارية الأرضية في الصين حاليًا 35300 كيلوواط.
(2) موارد الطاقة الهيدروليكية
تشمل الطاقة الهيدروليكية الطاقة الحركية والكامنة للماء. في الصين القديمة، استُخدمت موارد الطاقة الهيدروليكية للأنهار المتدفقة والشلالات على نطاق واسع في بناء آلات مثل الدواليب المائية والطواحين المائية لأغراض الري ومعالجة الحبوب وتقشير الأرز. وفي ثلاثينيات القرن التاسع عشر، طُوّرت محطات الطاقة الهيدروليكية في أوروبا ووُظّفت لتوفير الطاقة للصناعات الكبيرة مثل مطاحن الدقيق والقطن والتعدين. أما التوربينات المائية الحديثة التي تُشغّل مضخات المياه الطاردة المركزية مباشرةً لتوليد قوة الطرد المركزي اللازمة لرفع المياه والري، بالإضافة إلى محطات ضخ المطرقة المائية التي تستخدم تدفق المياه لتوليد ضغط المطرقة المائية وتكوين ضغط عالٍ لرفع المياه والري، فهي جميعها أمثلة على التطوير والاستخدام المباشر لموارد الطاقة المائية.
(3) موارد الطاقة الكهرومائية
في ثمانينيات القرن التاسع عشر، عندما تم اكتشاف الكهرباء، تم تصنيع المحركات الكهربائية بناءً على النظرية الكهرومغناطيسية، وتم بناء محطات الطاقة الكهرومائية لتحويل الطاقة الهيدروليكية لمحطات الطاقة الكهرومائية إلى طاقة كهربائية وتوصيلها إلى المستخدمين، مما أدى إلى فترة من التطور القوي واستخدام موارد الطاقة الكهرومائية.
تُعرف موارد الطاقة الكهرومائية التي نتحدث عنها حاليًا باسم موارد الطاقة الكهرومائية. فبالإضافة إلى موارد مياه الأنهار، يزخر المحيط أيضًا بطاقة هائلة من المد والجزر والأمواج والملوحة ودرجة الحرارة. ويُقدّر إجمالي موارد الطاقة الكهرومائية في المحيطات بنحو 76 مليار كيلوواط، أي ما يزيد عن 15 ضعفًا للاحتياطيات النظرية للطاقة الكهرومائية النهرية البرية. ومن بين هذه الموارد، تبلغ طاقة المد والجزر 3 مليارات كيلوواط، وطاقة الأمواج 3 مليارات كيلوواط، وطاقة فرق درجة الحرارة 40 مليار كيلوواط، وطاقة فرق الملوحة 30 مليار كيلوواط. في الوقت الراهن، لم تصل سوى تقنية تطوير واستخدام طاقة المد والجزر إلى مرحلة عملية تسمح بتطبيقها على نطاق واسع في استغلال موارد الطاقة الكهرومائية البحرية. أما تطوير واستخدام مصادر الطاقة الأخرى فلا يزال بحاجة إلى مزيد من البحث لتحقيق نتائج ملموسة من الناحيتين التقنية والاقتصادية، ولتحقيق التطوير والاستخدام العمليين. ويُقصد بتطوير واستخدام طاقة المحيطات الذي نتحدث عنه عادةً، تطوير واستخدام طاقة المد والجزر بشكل أساسي. يتسبب انجذاب القمر والشمس إلى سطح البحر في حدوث تقلبات دورية في مستوى المياه، تُعرف باسم المد والجزر. وتُشكل هذه التقلبات طاقة المد والجزر. من حيث المبدأ، تُعد طاقة المد والجزر طاقة ميكانيكية ناتجة عن تقلبات مستويات المد والجزر.
ظهرت طواحين المد والجزر في القرن الحادي عشر، وفي أوائل القرن العشرين، بدأت ألمانيا وفرنسا في بناء محطات صغيرة لتوليد الطاقة من المد والجزر.
تشير التقديرات إلى أن طاقة المد والجزر القابلة للاستغلال في العالم تتراوح بين مليار و1.1 مليار كيلوواط، مع إنتاج سنوي للطاقة يبلغ حوالي 1240 مليار كيلوواط ساعة. أما في الصين، فتبلغ القدرة المركبة لموارد طاقة المد والجزر القابلة للاستغلال 21.58 مليون كيلوواط، مع إنتاج سنوي للطاقة يبلغ 30 مليار كيلوواط ساعة.
تُعدّ محطة رين لتوليد الطاقة من المد والجزر في فرنسا أكبر محطة من نوعها في العالم حاليًا، بقدرة مركّبة تبلغ 240 ألف كيلوواط. أما أول محطة من نوعها في الصين، وهي محطة جيتشو لتوليد الطاقة من المد والجزر في مقاطعة غوانغدونغ، فقد بُنيت عام 1958 بقدرة مركّبة تبلغ 40 كيلوواط. وتحتل محطة تشجيانغ جيانغشيا لتوليد الطاقة من المد والجزر، التي بُنيت عام 1985، المرتبة الثالثة عالميًا بقدرة مركّبة إجمالية تبلغ 3200 كيلوواط.
إضافةً إلى ذلك، تبلغ احتياطيات طاقة الأمواج في محيطات الصين حوالي 12.85 مليون كيلوواط، وطاقة المد والجزر حوالي 13.94 مليون كيلوواط، وطاقة فرق الملوحة حوالي 125 مليون كيلوواط، وطاقة فرق درجة الحرارة حوالي 1.321 مليار كيلوواط. وباختصار، يبلغ إجمالي طاقة المحيطات في الصين حوالي 1.5 مليار كيلوواط، أي أكثر من ضعف الاحتياطي النظري للطاقة الكهرومائية البرية البالغ 694 مليون كيلوواط، ما يمنحها آفاقًا واسعة للتطوير والاستغلال. وتستثمر دول العالم حاليًا بكثافة في البحث عن مناهج تكنولوجية لتطوير واستغلال موارد الطاقة الهائلة الكامنة في المحيطات.
2- موارد الطاقة الكهرومائية
تشير موارد الطاقة الكهرومائية عمومًا إلى استخدام الطاقة الكامنة والحركية لتدفق مياه الأنهار لتوليد الطاقة الكهربائية. بينما يتطلب توليد الطاقة من الفحم والنفط والغاز الطبيعي والطاقة النووية استهلاك موارد وقود غير متجددة، فإن توليد الطاقة الكهرومائية لا يستهلك موارد المياه، بل يستغل طاقة تدفق الأنهار.
(1) موارد الطاقة الكهرومائية العالمية
يبلغ إجمالي احتياطيات موارد الطاقة الكهرومائية في الأنهار في جميع أنحاء العالم 5.05 مليار كيلوواط، مع توليد طاقة سنوي يصل إلى 44.28 تريليون كيلوواط ساعة؛ وتبلغ موارد الطاقة الكهرومائية القابلة للاستغلال تقنياً 2.26 مليار كيلوواط، ويمكن أن يصل توليد الطاقة السنوي إلى 9.8 تريليون كيلوواط ساعة.
في عام 1878، أنشأت فرنسا أول محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في العالم بقدرة مركبة تبلغ 25 كيلوواط. وحتى الآن، تجاوزت القدرة المركبة لتوليد الطاقة الكهرومائية في جميع أنحاء العالم 760 مليون كيلوواط، مع إنتاج سنوي للطاقة يبلغ 3 تريليونات كيلوواط ساعة.
(2) موارد الطاقة الكهرومائية في الصين
تُعدّ الصين من أغنى دول العالم بموارد الطاقة الكهرومائية. فبحسب أحدث مسح لموارد الطاقة الكهرومائية، تبلغ الاحتياطيات النظرية من طاقة مياه الأنهار في الصين 694 مليون كيلوواط، ويبلغ إنتاجها النظري السنوي من الطاقة 6.08 تريليون كيلوواط ساعة، ما يجعلها تحتل المرتبة الأولى عالميًا من حيث الاحتياطيات النظرية للطاقة الكهرومائية. أما القدرة التقنية القابلة للاستغلال لموارد الطاقة الكهرومائية في الصين فتبلغ 542 مليون كيلوواط، مع إنتاج سنوي للطاقة قدره 2.47 تريليون كيلوواط ساعة، بينما تبلغ القدرة الاقتصادية القابلة للاستغلال 402 مليون كيلوواط، مع إنتاج سنوي للطاقة قدره 1.75 تريليون كيلوواط ساعة، وكلاهما يضعها في المرتبة الأولى عالميًا.
في يوليو/تموز 1905، شُيِّدت أول محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في الصين، وهي محطة غويشان الكهرومائية في مقاطعة تايوان، بقدرة مركبة تبلغ 500 كيلو فولت أمبير. وفي عام 1912، اكتمل بناء أول محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية في البر الرئيسي الصيني، وهي محطة شيلونغبا الكهرومائية في كونمينغ بمقاطعة يونان، بقدرة مركبة تبلغ 480 كيلوواط. وفي عام 1949، بلغت القدرة المركبة لتوليد الطاقة الكهرومائية في البلاد 163 ألف كيلوواط. وبحلول نهاية عام 1999، تطورت إلى 72.97 مليون كيلوواط، لتحتل بذلك المرتبة الثانية عالميًا بعد الولايات المتحدة. وبحلول عام 2005، وصل إجمالي القدرة المركبة لتوليد الطاقة الكهرومائية في الصين إلى 115 مليون كيلوواط، لتحتل بذلك المرتبة الأولى عالميًا، حيث تمثل 14.4% من إجمالي القدرة الكهرومائية المتاحة و20% من إجمالي القدرة المركبة لقطاع الطاقة الوطني.
(3) خصائص الطاقة الكهرومائية
تتجدد الطاقة الكهرومائية باستمرار مع دورة المياه الطبيعية، ويمكن استخدامها بشكل متواصل من قبل البشر. وكثيراً ما يُستخدم مصطلح "غير قابل للنضوب" لوصف تجدد الطاقة الكهرومائية.
لا تستهلك الطاقة الكهرومائية الوقود ولا تُصدر مواد ضارة أثناء الإنتاج والتشغيل. كما أن تكاليف إدارتها وتشغيلها، وتكاليف توليد الطاقة، وتأثيرها البيئي أقل بكثير من تكاليف توليد الطاقة الحرارية، مما يجعلها مصدراً للطاقة النظيفة منخفضة التكلفة.
تتميز الطاقة الكهرومائية بأداء تنظيمي جيد، وسرعة بدء التشغيل، وتلعب دورًا هامًا في تخفيف ذروة الطلب على الطاقة في شبكة الكهرباء. فهي سريعة وفعالة، مما يقلل من فاقد الطاقة في حالات الطوارئ والحوادث، ويضمن سلامة إمدادات الطاقة.
تُعدّ الطاقة الكهرومائية والطاقة المعدنية من مصادر الطاقة الأولية القائمة على الموارد، والتي تُحوّل إلى طاقة كهربائية وتُسمى الطاقة الثانوية. ويُمثّل تطوير الطاقة الكهرومائية مصدراً للطاقة يُنجز كلاً من تطوير الطاقة الأولية وإنتاج الطاقة الثانوية في آنٍ واحد، إذ يجمع بين وظيفتي توليد الطاقة الأولية والثانوية؛ فلا حاجة إلى استخراج المعادن ونقلها وتخزينها، مما يُقلّل تكاليف الوقود بشكلٍ كبير.
سيؤدي إنشاء خزانات لتوليد الطاقة الكهرومائية إلى تغيير البيئة الإيكولوجية للمناطق المحلية. فمن جهة، يتطلب ذلك غمر بعض الأراضي، مما يؤدي إلى نزوح السكان؛ ومن جهة أخرى، يُمكن أن يُعيد هذا المشروع المناخ المحلي للمنطقة، ويُنشئ بيئة مائية جديدة، ويُعزز بقاء الكائنات الحية، ويُسهل التحكم في الفيضانات، والري، والسياحة، وتنمية النقل البحري. لذا، عند التخطيط لمشاريع الطاقة الكهرومائية، ينبغي إيلاء اهتمام شامل لتقليل الأثر السلبي على البيئة، وتتجاوز مزايا تطوير الطاقة الكهرومائية عيوبها.
نظراً لمزايا الطاقة الكهرومائية، تتبنى دول العالم سياسات تُعطي الأولوية لتطويرها. ففي تسعينيات القرن الماضي، شكلت الطاقة الكهرومائية 93.2% من إجمالي القدرة المركبة في البرازيل، بينما تجاوزت هذه النسبة 50% في دول مثل النرويج وسويسرا ونيوزيلندا وكندا.
في عام 1990، بلغت نسبة توليد الطاقة الكهرومائية إلى الكهرباء القابلة للاستغلال في بعض دول العالم 74% في فرنسا، و72% في سويسرا، و66% في اليابان، و61% في باراغواي، و55% في الولايات المتحدة، و54% في مصر، و50% في كندا، و17.3% في البرازيل، و11% في الهند، و6.6% في الصين خلال نفس الفترة.